格爾木地磁房建筑材料磁性檢測方法探討

（青海省地震局，青海西寧 810000）

我國一些地磁臺站在新建或改造過程中積累了一些經驗，但因地理環境因素不同，所用建設方法也不盡相同。格爾木臺地磁觀測項目是全國15個Ⅰ類地磁臺之一，監測該區地磁場的變化。建成后的格爾木地磁臺將提供高精度、高保真、穩定連續的地磁觀測資料，格爾木地磁觀測項目以其重要的地理位置在地球基本磁場和空間地球物理場測定及地震預報方面正發揮越來越大的作用，為監測青藏高原地震活動和孕震環境提供基礎數據，為青藏高原地區防震減災提供科學依據和臺站優化布局的目標進行初步設計，落實觀測場地具體位置。《地震臺站建設規范地磁臺站》（DB/T 9—2004）和《地震臺站觀測環境技術要求》（GB/T 19531—2004）要求：只有無磁或弱磁性的地磁觀測環境，才是滿足現代化數據地磁儀器的工作條件的唯一方法。所以，對于地磁房的建設，建筑材料的檢測合格與否才是關鍵的首要條件，只有弱磁性的地磁房觀測環境，才能產出穩定合格的數據。

1 臺站簡介

格爾木地磁臺始建于1973年（始建臺址在諾木洪），1975年遷至青海省格爾木市河西小島。臺址位于柴達木盆地南部，東昆侖斷裂帶的北部。1981年，中國地震局撥?？顚υ撆_站進行了改擴建，形成了地磁Ⅰ類、測震和水氡Ⅱ類的國家級綜合性地震基本臺站。

本項目建設于青海省格爾木市河西小島格爾木地震臺院內，本次建設地下相對觀測室，新建建筑面積110 m2；征地31.357畝，修建圍墻540 m。近年來，格爾木地區大量移民，許多農民在臺站周圍私自建房，開墾土地，對格爾木地磁臺地磁觀測環境造成一定破壞。原定2015年對格爾木地磁房進行改造，但因之前的建筑規范經多次檢測不達標，因此于2019年為格爾木建設新地磁房，順利落成的臺站地磁房會彌補監視區的空缺并對地磁臺網的布局進行了完善，提升我國地磁基本場和變化場等地震背景場探測能力。工程于2019年9月完工。在格爾木臺建設中，包括場地清理、建筑材料檢測、磁房建設，梯度檢測以及儀器架設等環節，對建設過程進行分析，能夠給其他臺站地磁房的改造和建設提供一些借鑒。

2 檢測儀器

對于建筑材料的磁性檢測，格爾木臺使用的是1套G856磁力儀材料的磁性檢測、2套GSM-19T標準質子磁力儀和日變量的觀測。其中一臺GSM-19T標準質子磁力儀作為備用儀器。GSM-19T標準質子磁力儀指標為：分辨率0.01 nT、靈敏度<0.05 nT、采樣率3～60 s、絕對精度±0.2 nT、動態范圍20 000～120 000 nT、梯度容差>7 000 nT/m，適用于材料磁性檢測。三套儀器均符合檢測標準，GSM-19T標準質子磁力儀精度為0.01 nT，產出數據比較慢，通常在3～4 s左右；G856磁力儀精度為0.1 nT，產出數據比較快，通常在1～2 s左右，但其探頭具有固定指向性，操作起來不具備靈活性。所以，經兩套儀器對比，GSM-19T標準質子磁力儀有方便快捷、讀數精準，操作簡單等諸多優勢，故在檢測材料時多用GSM-19T標準質子磁力儀進行檢測，而G856磁力儀多用于日變量的觀測。同時，為了方便檢測大理石墩，購置兩套SM-30磁化率儀，該儀器使用較為方便，能夠快速檢測石墩磁性。

3 建筑用材的磁性檢測

3.1 檢測方法

檢測依據：相較于相同物質的建筑材料磁性檢測，△F和被檢測物的體積成正比，與儀器測量探頭到被測物體距離的平方成反比，即被測材料體積越大（但在實際檢測中材料一般不超過0.5 m3），距離越小就可以越準確地檢測材料的磁性。利用GSM-19T和G856兩套磁力儀可以測出所需場地任何位置的地磁場場強F值。因此在格爾木地震臺地磁房建設過程中，一般會使用G856磁力儀作為日變量的觀測儀器，用于觀察當日是否有磁擾動或是磁暴現象。將儀器的探頭指北的同時固定在一個特定區域內，測出10～20組日變量數據以確定當日的磁場是否穩定。用GSM-19T磁力儀檢測材料磁性大小，GSM-19T磁力儀顯示的F值為該區域地磁場強度，被測建材磁感應強度及剩磁強度的矢量和，矢量和與前期測試時的地磁場場強差ΔF，所得結果就是檢測建筑材料是否符合規范要求的數值。

3.2 施工前準備

由于格爾木地磁房是在原址上新建，所以場地堪選只需粗略測即可，需清空原有場地內的所有材料，重新鋪設地平。開工前選擇一塊空地，在空地澆筑一塊10 m×20 m水泥地，用G856磁力儀和GSM-19T磁力儀對場地以1 m×1 m點距、探頭高度1.5 m的磁場梯度測量。利用G856磁力儀固定場外某一定點位置進行日變量的觀測，用GSM-19T磁力儀逐點進行場地觀測，將測點值與日變量測值相減，該數值即為觀測點位的磁場變化量。利用surfer軟件將變化量生成等值線圖，測量結果顯示場地磁場梯度差異不大，則此空地區域內可進行建筑材料的檢測。

3.3 檢測步驟

格爾木臺地磁房建筑材料磁性檢測步驟：（1）制作無磁性方木桌，在連接處不得使用鐵釘，必須使用銅釘進行連接固定，在磁力儀探頭一定區域內不引起磁場波動。（2）在空地選擇一個無磁固定位置安放無磁性方桌，將磁力儀探頭放于方桌桌面一側的中間位置，探頭略高于方桌。（3）將被測材料放于統一材料袋中（較長材料除外），每袋約0.3 m3。（4）放置材料前用G856磁力儀在距離方桌10 m處測10組日變量數據以確定磁場穩定。（5）用GSM-19T磁力儀測一組未放置材料的空值，然后將被測材料放于該桌面中心位置，每測得一組數據后將該材料進行旋轉，依次測得4個方向的數據，最后移除該材料再測1組空值。（6）將觀測出來的6組數據進行對比，當其中任意2組數據之間的差值小于0.5 nT時，說明該組材料符合地磁房建筑材料用材標準，若超出此范圍，則需重新檢測，若結果仍大于0.5 nT則棄用。在實際操作中，為了減小材料混合后磁性數值的增大，在正式檢測當中要求所測材料均小于0.3 nT，防止日后材料澆筑時出現數值變大的可能性。當檢測如銅筋等較長的材料時，為了檢測其磁性，可以用分段檢測的辦法進行檢測。

3.4 樣品檢測

地磁房建設既要保證建筑質量，又要保證建筑材料磁性合格，因此對建筑材料的實地跟蹤檢測也必須同步進行。研究調查表明，格爾木臺磁房施工中可能使用到的建筑材料有：銅筋（替代鋼筋）、木材、石英砂（無磁性或弱磁性）、石灰石（墻體）、大理石儀器墩、白水泥（無磁性或弱磁性水泥）、銅制五金（銅釘、門把手等）等。

在材料進場前應隨機抽取5袋建筑材料，用GSM-19T質子磁強計和G856磁強計進行磁力檢測。每袋材料測量6組數據，取最大差值作為試驗結果，若最大差值在合理范圍內則代表該樣品為合格建筑材料。應到生產石英砂、水泥等廠家進行實地抽查以確保材料的弱磁性，但由于有些廠家距離格爾木比較遙遠，只能先由廠家寄樣品進行抽檢，樣品檢測合格后方能確定是否使用該廠家的材料。

4 磁房建設磁性檢測

4.1 跟蹤檢測

跟蹤檢測地磁房建筑材料也是重要環節。在地磁房澆筑地平以及墻體時，每鋪高0.5 m，以0.5 m為間隔，作業人員身著無磁性衣服，手持GSM-19T磁力儀探頭在距離被測物10 cm處逐點進行測試，每個測點讀數一次，相鄰兩點之差大于0.5 nT時要重新測量。在排除日變干擾時，對超差較大的區域進行挖掘，排除有可能影響磁場的雜質以及鐵磁性物質，重復測量直至合格為止。此次格爾木臺地磁房的建設實時跟蹤檢測大理石墩、水泥、石灰石、石英砂等，都是為了達到磁性的要求。

施工過程中部分石英砂跟蹤檢測結果如表1～3所示，均合格。

表1 編號1跟蹤檢測

表2 編號2跟蹤檢測

表3 編號3跟蹤檢測

4.2 場地檢測

由于格爾木臺是在原址上進行重建工程，2015年改造已將原址開挖，所以動工之前先進行了一次場地測量，待全部清空磁房內所有材料后進行第二次場地測量。采用GSM-19T標準質子磁力儀，探頭設置的探桿高度為1 m，測點間距為1 m，在地磁房場地前后清理測量磁場的梯度。前后兩次測量梯度對比如圖1所示，可見格爾木臺地磁房建設達到國家地磁臺站建設規范要求。

圖1 地磁觀測場地清理前后磁場梯度對比

4.3 混凝土攪拌后的檢測

制作一個無磁性的2 m×3 m木質檢測方盤，在施工場地內選擇一個遠離工程機械干擾較大的區域放置檢測盤。由于混凝土數量較大，需用工程機械車來回運輸，所以工程機械車將攪拌好的混凝土放進檢測盤后，需要撤離至離檢測盤100 m外的距離，以減小干擾。以30 cm的距離作為檢測點，將GSM-19T磁力儀探頭盡量緊貼于攪拌好的混凝土表面，進行橫豎9個測點的磁性檢測，每測一次都要保證與前一測點的測量值之差小于3 nT，如果大于3 nT則要翻找混凝土，排除干擾性物質后仍然不合格，則方盤內的材料棄用。

4.4 地磁房梯度檢測

2019年9月，格爾木臺地磁房全面建成，進行磁場梯度檢測，采用GSM-19T磁力儀對地磁觀測室進行檢測，G856磁力儀作為日變量進行觀測，作業人員身著無磁性衣服進入磁房，手持GSM-19T磁力儀探頭，探桿高度為1 m，測點間距1 m，東西觀測室內磁場梯度如圖2所示。

圖2 觀測室內磁場梯度曲線

從檢測結果看，存在不理想的地方，但對日后儀器產出的數據影響不大。對大理石觀測墩也進行檢測，測量結果合格。結果表明建設地磁房的所有建筑材料對磁房的磁場沒有造成影響，達到了國家的規范要求。

4.5 遇到的問題

（1）在檢測碎石，石英砂等材料時，每袋的檢測數據都合格，但所有材料混合后磁性較大，甚至達到5 nT以上。

（2）檢測混凝土時出現不合格的次數明顯增多，經排除檢查，多為雜質摻和。采用以下方法：先對石英砂、碎石等這些磁性較大的材料進行篩選，再用高強度磁鐵把鐵磁性物質吸出。規定在0.5 nT以內為合格，但在實際測量中盡量控制在0.3 nT以內，以防混合后數值再有上升的可能性。

5 結語

（1）在地磁房的建設過程中，建筑材料磁性檢測的程序至關重要，檢測的方法對地磁房最后的合格與否起到關鍵性作用。（2）在地磁房的建設過程中，在滿足檢測條件的前提下，可節約成本，并根據臺站自身條件恰當選擇材料，同時施工過程也十分重要，必須密切監測施工動態，例如在攪拌混凝土時必須小心謹慎，防止有鐵磁性的物質摻入。（3）在地磁房建設完成時，測量梯度達標，搬進儀器后運行產出的數據正常可用，說明格爾木地磁房的建設達到了國家規范要求。此次的建設經驗也可以為青海省或者全國其他臺站日后建設或者改造地磁房提供參考。